设计模式——装饰器模式

Posted 2021-03-05 54chensongxia

装饰器模式（Decorator Pattern）允许向一个现有的对象添加新的功能，同时又不改变其结构。这种类型的设计模式属于结构型模式，它是作为现有的类的一个包装。

装饰器模式结构图

• Component(抽象构件)：它是装饰类和具体构件的公共父类（一般是接口或者抽象类）；
• ConcreteComponent(具体构件)：具它是抽象构件对象的子类，用来定义具体的构件对象（Component的子类或者具体实现）；
• Decorator(抽象装饰类)：进继承抽象构件，用于给具体的构件添加一些新的职责（一般是一个继承了Component的接口）；
• ConcreteDecoraror(具体装饰类)：实现了抽象装饰类，它负责向构件添加新的职责；

代码演示

业务场景：现我们现在模拟这样一个场景，我们点了一杯奶茶，然后给奶茶中加了冰块，加了珍珠，最后我们还想再给加点红豆，这里加红豆就使用了装饰者。

我们先来创建一个奶茶的抽象类，这个就是上面的Component角色

public interface MilkyTea {

   public void recipe();
}

我们再来创建要给奶茶的具体子类，相当于ConcreteComponent

public class MilkyTeaA implements MilkyTea {
   @Override
   public void recipe() {
       System.out.println("老板来一杯奶茶,加冰块");
   }
}

接下来创建一个装饰类，相当于Decorator

public class Decorator implements MilkyTea {

   private MilkyTea milkyTea;

   public void setMilkyTea(MilkyTea milkyTea) {

       this.milkyTea = milkyTea;
   }

   @Override
   public void recipe() {
       milkyTea.recipe();
   }
}

创建装饰类的子类，添加珍珠，相当于ConcreteDecorator

public class MilkyTeaADecorator extends Decorator {

   @Override
   public void recipe() {
       super.recipe();
       //对现有类进行功能增强
       recipeZZ();
   }

   // 加珍珠
   public void recipeZZ() {
       System.out.println("老板再加点珍珠吧");
   }
}

创建装饰者的子类，添加红豆，相当于ConcreteDecorator

public class MilkyTeaBDecorator extends Decorator {

   @Override
   public void recipe() {

       super.recipe();
       recipeHD();
   }

   public void recipeHD() {

       System.out.println("老板你再给加点红豆吧");
   }
}

最后我们测试一下看下结果：

public class Test {

   public static void main(String[] args) {

       MilkyTeaA milkyTea = new MilkyTeaA();

       MilkyTeaADecorator milkyTeaA = new MilkyTeaADecorator();
       MilkyTeaBDecorator milkyTeaB = new MilkyTeaBDecorator();

       milkyTeaA.setMilkyTea(milkyTea);
       milkyTeaB.setMilkyTea(milkyTeaA);

       milkyTeaB.recipe();
   }
}

JDK中的装饰器模式

在JDK中，IO部分的很多类用到了装饰器模式。

InputStream作为抽象构件（Component），其下面大约有如下几种具体基础构件（ConcreteComponent），从不同的数据源产生输入：

• ByteArrayInputStream，从字节数组产生输入；
• FileInputStream，从文件产生输入；
• StringBufferInputStream，从String对象产生输入；
• PipedInputStream，从管道产生输入；
• SequenceInputStream，可将其他流收集合并到一个流内；

FilterInputStream作为装饰器在JDK中是一个普通类，其下面有多个具体装饰器比如BufferedInputStream、DataInputStream等。我们以BufferedInputStream为例，使用它就是避免每次读取时都进行实际的写操作，起着缓冲作用。我们可以在这里稍微深入一下，站在源码的角度来管中窥豹。

FilterInputStream内部封装了基础构件：

protected volatile InputStream in;

而BufferedInputStream在调用其read()读取数据时会委托基础构件来进行更底层的操作，而它自己所起的装饰作用就是缓冲，在源码中可以很清楚的看到这一切：

public synchronized int read() throws IOException {
        if (pos >= count) {
            fill();
            if (pos >= count)
                return -1;
        }
        return getBufIfOpen()[pos++] & 0xff;
    }


    private void fill() throws IOException {
        byte[] buffer = getBufIfOpen();
        if (markpos < 0)
            pos = 0;            /* no mark: throw away the buffer */
        else if (pos >= buffer.length)  /* no room left in buffer */
            if (markpos > 0) {  /* can throw away early part of the buffer */
                int sz = pos - markpos;
                System.arraycopy(buffer, markpos, buffer, 0, sz);
                pos = sz;
                markpos = 0;
            } else if (buffer.length >= marklimit) {
                markpos = -1;   /* buffer got too big, invalidate mark */
                pos = 0;        /* drop buffer contents */
            } else if (buffer.length >= MAX_BUFFER_SIZE) {
                throw new OutOfMemoryError("Required array size too large");
            } else {            /* grow buffer */
                int nsz = (pos <= MAX_BUFFER_SIZE - pos) ?
                        pos * 2 : MAX_BUFFER_SIZE;
                if (nsz > marklimit)
                    nsz = marklimit;
                byte nbuf[] = new byte[nsz];
                System.arraycopy(buffer, 0, nbuf, 0, pos);
                if (!bufUpdater.compareAndSet(this, buffer, nbuf)) {
                    throw new IOException("Stream closed");
                }
                buffer = nbuf;
            }
        count = pos;
        // 看这行就行了，委托基础构件来进行更底层的操作
        int n = getInIfOpen().read(buffer, pos, buffer.length - pos);
        if (n > 0)
            count = n + pos;
    }

    private InputStream getInIfOpen() throws IOException {
        InputStream input = in;
        if (input == null)
            throw new IOException("Stream closed");
        return input;
    }

这部分的代码很多，这里我们没有必要考虑这段代码的具体逻辑，只需要看到在BufferedInputStream的read方法中通过getInIfOpen()获取基础构件从而委托其进行更底层的操作(在这里是读取单个字节)就可以说明本文所要说的一切了。

至于I/O类库中的其他设计诸如OutputStream、Writer、Reader，是一致的，这里就不再赘述了。

简单总结

• 装饰类和被装饰类可以独立发展，而不会相互耦合。换句话说，Component类无需知道Decorator类，Decorator类是从外部来扩展Component类的功能，而Decorator也不用知道具体的构件。
• 装饰器模式是继承关系的一个替代方案。我们看装饰类Decorator，不管装饰多少层，返回的对象还是Component(因为Decorator本身就是继承自Component的)，实现的还是is-a的关系。
• 装饰模式可以动态地扩展一个实现类的功能，比如在I/O系统中，我们直接给BufferedInputStream的构造器直接传一个InputStream就可以轻松构件一个带缓冲的输入流，如果需要扩展，我们继续“装饰”即可。

　　但是也有其自身的缺点：

　　多层的装饰是比较复杂的。为什么会复杂？你想想看，就像剥洋葱一样，你剥到最后才发现是最里层的装饰出现了问题，可以想象一下工作量。这点从我使用Java I/O的类库就深有感受，我只需要单一结果的流，结果却往往需要创建多个对象，一层套一层，对于初学者来说容易让人迷惑。

理论的学习还是为了实践。实战中如果需要用到装饰器模式，可以从模仿 Java IO 部分的装饰器模式开始。模仿是创新的开始。

参考

• https://www.runoob.com/design-pattern/decorator-pattern.html
• https://my.oschina.net/u/3178270/blog/2906791
• https://www.cnblogs.com/volcano-liu/p/10897897.html